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挑战30天写操作系统-day3-进入32位模式并导入C语言

humbleYL 2023-03-28 原文

目录

1.制作真正的IPL

IPL：启动区，启动程序装载器

完整代码：

; haribote-ipl
; TAB=4

CYLS	EQU		10				; 声明CYLS=10

		ORG		0x7c00			; 指明程序装载地址

; 标准FAT12格式软盘专用的代码 Stand FAT12 format floppy code

		JMP		entry
		DB		0x90
		DB		"HARIBOTE"		; 启动扇区名称（8字节）
		DW		512				; 每个扇区（sector）大小（必须512字节）
		DB		1				; 簇（cluster）大小（必须为1个扇区）
		DW		1				; FAT起始位置（一般为第一个扇区）
		DB		2				; FAT个数（必须为2）
		DW		224				; 根目录大小（一般为224项）
		DW		2880			; 该磁盘大小（必须为2880扇区1440*1024/512）
		DB		0xf0			; 磁盘类型（必须为0xf0）
		DW		9				; FAT的长度（必??9扇区）
		DW		18				; 一个磁道（track）有几个扇区（必须为18）
		DW		2				; 磁头数（必??2）
		DD		0				; 不使用分区，必须是0
		DD		2880			; 重写一次磁盘大小
		DB		0,0,0x29		; 意义不明（固定）
		DD		0xffffffff		; （可能是）卷标号码
		DB		"HARIBOTEOS "	; 磁盘的名称（必须为11字?，不足填空格）
		DB		"FAT12   "		; 磁盘格式名称（必??8字?，不足填空格）
		RESB	18				; 先空出18字节

; 程序主体

entry:
		MOV		AX,0			; 初始化寄存器
		MOV		SS,AX
		MOV		SP,0x7c00
		MOV		DS,AX

; 读取磁盘

		MOV		AX,0x0820
		MOV		ES,AX
		MOV		CH,0			; 柱面0
		MOV		DH,0			; 磁头0
		MOV		CL,2			; 扇区2

readloop:
		MOV		SI,0			; 记录失败次数寄存器

retry:
		MOV		AH,0x02			; AH=0x02 : 读入磁盘
		MOV		AL,1			; 1个扇区
		MOV		BX,0
		MOV		DL,0x00			; A驱动器
		INT		0x13			; 调用磁盘BIOS
		JNC		next			; 没出错则跳转到next
		ADD		SI,1			; 往SI加1
		CMP		SI,5			; 比较SI与5
		JAE		error			; SI >= 5 跳转到error
		MOV		AH,0x00
		MOV		DL,0x00			; A驱动器
		INT		0x13			; 重置驱动器
		JMP		retry
next:
		MOV		AX,ES			; 把内存地址后移0x200（512/16十六进制转换）
		ADD		AX,0x0020
		MOV		ES,AX			; ADD ES,0x020因为没有ADD ES，只能通过AX进行
		ADD		CL,1			; 往CL里面加1
		CMP		CL,18			; 比较CL与18
		JBE		readloop		; CL <= 18 跳转到readloop
		MOV		CL,1
		ADD		DH,1
		CMP		DH,2
		JB		readloop		; DH < 2 跳转到readloop
		MOV		DH,0
		ADD		CH,1
		CMP		CH,CYLS
		JB		readloop		; CH < CYLS 跳转到readloop

; 读取完毕，跳转到haribote.sys执行！
		MOV		[0x0ff0],CH		; IPLがどこまで読んだのかをメモ
		JMP		0xc200

error:
		MOV		SI,msg

putloop:
		MOV		AL,[SI]
		ADD		SI,1			; 给SI加1
		CMP		AL,0
		JE		fin
		MOV		AH,0x0e			; 显示一个文字
		MOV		BX,15			; 指定字符颜色
		INT		0x10			; 调用显卡BIOS
		JMP		putloop

fin:
		HLT						; 让CPU停止，等待指令
		JMP		fin				; 无限循环

msg:
		DB		0x0a, 0x0a		; 换行两次
		DB		"load error"
		DB		0x0a			; 换行
		DB		0

		RESB	0x7dfe-$		; 填写0x00直到0x001fe

		DB		0x55, 0xaa

这里有个JC指令，是有条件跳转指令
注意到上面有个INT 0x13,这是调用BIOS的0x13号函数
常用的有：



这个进位标志位是存储在标志寄存器里面。
为了明白今天新加的代码，需要了解磁盘的工作方式

一定记得，磁盘他是实体的，是三维立体的物体，这样就好理解了

IPL启动区就在C0-H0-S1(柱面0-磁头0-扇区1)
接下来，为了介绍缓冲区（cache）的概念，需要再次复习一下，CPU寻址方式：段基址+段内地址

上面的说法比较老，最新的指令格式是AT&T格式，但是，基本思想是一致的，可百度。
这次的运行结果将会一闪而过，大家获取源码之后可以自行体验。
这里有一个报错：

解决方式如下：
16位不兼容解决方案
最好重启一下！！！！！！！！！！
运行结果解释漆黑一片：

2.试错

软盘不可靠，读取失败的情况下，需要多次读取，考虑极端情况，需要限制读取次数


这里两个新的指令：
JNC：进位标志为0时跳转
JAE：大于等于时跳转
INT 0x13,功能是系统复位

3.读到18扇区



新的指令：
JBE：小于等于跳转

4.读入10个柱面


代码如下：

; haribote-ipl
; TAB=4

CYLS	EQU		10				; 声明CYLS=10

		ORG		0x7c00			; 指明程序装载地址

; 标准FAT12格式软盘专用的代码 Stand FAT12 format floppy code

		JMP		entry
		DB		0x90
		DB		"HARIBOTE"		; 启动扇区名称（8字节）
		DW		512				; 每个扇区（sector）大小（必须512字节）
		DB		1				; 簇（cluster）大小（必须为1个扇区）
		DW		1				; FAT起始位置（一般为第一个扇区）
		DB		2				; FAT个数（必须为2）
		DW		224				; 根目录大小（一般为224项）
		DW		2880			; 该磁盘大小（必须为2880扇区1440*1024/512）
		DB		0xf0			; 磁盘类型（必须为0xf0）
		DW		9				; FAT的长度（必??9扇区）
		DW		18				; 一个磁道（track）有几个扇区（必须为18）
		DW		2				; 磁头数（必??2）
		DD		0				; 不使用分区，必须是0
		DD		2880			; 重写一次磁盘大小
		DB		0,0,0x29		; 意义不明（固定）
		DD		0xffffffff		; （可能是）卷标号码
		DB		"HARIBOTEOS "	; 磁盘的名称（必须为11字?，不足填空格）
		DB		"FAT12   "		; 磁盘格式名称（必??8字?，不足填空格）
		RESB	18				; 先空出18字节

; 程序主体

entry:
		MOV		AX,0			; 初始化寄存器
		MOV		SS,AX
		MOV		SP,0x7c00
		MOV		DS,AX

; 读取磁盘

		MOV		AX,0x0820
		MOV		ES,AX
		MOV		CH,0			; 柱面0
		MOV		DH,0			; 磁头0
		MOV		CL,2			; 扇区2

readloop:
		MOV		SI,0			; 记录失败次数寄存器

retry:
		MOV		AH,0x02			; AH=0x02 : 读入磁盘
		MOV		AL,1			; 1个扇区
		MOV		BX,0
		MOV		DL,0x00			; A驱动器
		INT		0x13			; 调用磁盘BIOS
		JNC		next			; 没出错则跳转到next
		ADD		SI,1			; 往SI加1
		CMP		SI,5			; 比较SI与5
		JAE		error			; SI >= 5 跳转到error
		MOV		AH,0x00
		MOV		DL,0x00			; A驱动器
		INT		0x13			; 重置驱动器
		JMP		retry
next:
		MOV		AX,ES			; 把内存地址后移0x200（512/16十六进制转换）
		ADD		AX,0x0020
		MOV		ES,AX			; ADD ES,0x020因为没有ADD ES，只能通过AX进行
		ADD		CL,1			; 往CL里面加1
		CMP		CL,18			; 比较CL与18
		JBE		readloop		; CL <= 18 跳转到readloop
		MOV		CL,1
		ADD		DH,1
		CMP		DH,2
		JB		readloop		; DH < 2 跳转到readloop
		MOV		DH,0
		ADD		CH,1
		CMP		CH,CYLS
		JB		readloop		; CH < CYLS 跳转到readloop

; 读取完毕，跳转到haribote.sys执行！
		MOV		[0x0ff0],CH		; IPLがどこまで読んだのかをメモ
		JMP		0xc200

error:
		MOV		SI,msg

putloop:
		MOV		AL,[SI]
		ADD		SI,1			; 给SI加1
		CMP		AL,0
		JE		fin
		MOV		AH,0x0e			; 显示一个文字
		MOV		BX,15			; 指定字符颜色
		INT		0x10			; 调用显卡BIOS
		JMP		putloop

fin:
		HLT						; 让CPU停止，等待指令
		JMP		fin				; 无限循环

msg:
		DB		0x0a, 0x0a		; 换行两次
		DB		"load error"
		DB		0x0a			; 换行
		DB		0

		RESB	0x7dfe-$		; 填写0x00直到0x001fe

		DB		0x55, 0xaa

新加指令：
JB：如果小于，跳转
EQU：等价与#define

5.着手开发操作系统

上面已经完成了启动区的制作
下面，写一个最简单的操作系统






6.从启动区执行操作系统


7.确认操作系统的执行情况





全黑画面：

8.32位模式前期准备

接下来就要以C语言作为开发语言，汇编语言暂时不用了。
32位模式就不能调用BIOS函数了（16位编写的）

所以需要使用BIOS的地方，我们需要首先放到前面去加载，在asmhead.nas文件中

; haribote-os boot asm
; TAB=4

BOTPAK	EQU		0x00280000		; 加载bootpack
DSKCAC	EQU		0x00100000		; 磁盘缓存的位置
DSKCAC0	EQU		0x00008000		; 磁盘缓存的位置（实模式）

; BOOT_INFO相关
CYLS	EQU		0x0ff0			; 引导扇区设置
LEDS	EQU		0x0ff1
VMODE	EQU		0x0ff2			; 关于颜色的信息
SCRNX	EQU		0x0ff4			; 分辨率X
SCRNY	EQU		0x0ff6			; 分辨率Y
VRAM	EQU		0x0ff8			; 图像缓冲区的起始地址

		ORG		0xc200			;  这个的程序要被装载的内存地址

; 画面モードを設定

		MOV		AL,0x13			; VGA显卡，320x200x8bit
		MOV		AH,0x00
		INT		0x10
		MOV		BYTE [VMODE],8	; 屏幕的模式（参考C语言的引用）
		MOV		WORD [SCRNX],320
		MOV		WORD [SCRNY],200
		MOV		DWORD [VRAM],0x000a0000

; 通过BIOS获取指示灯状态

		MOV		AH,0x02
		INT		0x16 			; keyboard BIOS
		MOV		[LEDS],AL

; 防止PIC接受所有中断
;	AT兼容机的规范、PIC初始化
;	然后之前在CLI不做任何事就挂起
;	PIC在同意后初始化

		MOV		AL,0xff
		OUT		0x21,AL
		NOP						; 不断执行OUT指令
		OUT		0xa1,AL

		CLI						; 进一步中断CPU

; 让CPU支持1M以上内存、设置A20GATE

		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xd1
		OUT		0x64,AL
		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xdf			; enable A20
		OUT		0x60,AL
		CALL	waitkbdout

; 保护模式转换

[INSTRSET "i486p"]				; 说明使用486指令

		LGDT	[GDTR0]			; 设置临时GDT
		MOV		EAX,CR0
		AND		EAX,0x7fffffff	; 使用bit31（禁用分页）
		OR		EAX,0x00000001	; bit0到1转换（保护模式过渡）
		MOV		CR0,EAX
		JMP		pipelineflush
pipelineflush:
		MOV		AX,1*8			;  写32bit的段
		MOV		DS,AX
		MOV		ES,AX
		MOV		FS,AX
		MOV		GS,AX
		MOV		SS,AX

; bootpack传递

		MOV		ESI,bootpack	; 源
		MOV		EDI,BOTPAK		; 目标
		MOV		ECX,512*1024/4
		CALL	memcpy

; 传输磁盘数据

; 从引导区开始

		MOV		ESI,0x7c00		; 源
		MOV		EDI,DSKCAC		; 目标
		MOV		ECX,512/4
		CALL	memcpy

; 剩余的全部

		MOV		ESI,DSKCAC0+512	; 源
		MOV		EDI,DSKCAC+512	; 目标
		MOV		ECX,0
		MOV		CL,BYTE [CYLS]
		IMUL	ECX,512*18*2/4	; 除以4得到字节数
		SUB		ECX,512/4		; IPL偏移量
		CALL	memcpy

; 由于还需要asmhead才能完成
; 完成其余的bootpack任务

; bootpack启动

		MOV		EBX,BOTPAK
		MOV		ECX,[EBX+16]
		ADD		ECX,3			; ECX += 3;
		SHR		ECX,2			; ECX /= 4;
		JZ		skip			; 传输完成
		MOV		ESI,[EBX+20]	; 源
		ADD		ESI,EBX
		MOV		EDI,[EBX+12]	; 目标
		CALL	memcpy
skip:
		MOV		ESP,[EBX+12]	; 堆栈的初始化
		JMP		DWORD 2*8:0x0000001b

waitkbdout:
		IN		 AL,0x64
		AND		 AL,0x02
		JNZ		waitkbdout		; AND结果不为0跳转到waitkbdout
		RET

memcpy:
		MOV		EAX,[ESI]
		ADD		ESI,4
		MOV		[EDI],EAX
		ADD		EDI,4
		SUB		ECX,1
		JNZ		memcpy			; 运算结果不为0跳转到memcpy
		RET
; memcpy地址前缀大小

		ALIGNB	16
GDT0:
		RESB	8				; 初始值
		DW		0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf	; 写32bit位段寄存器
		DW		0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047	; 可执行的文件的32bit寄存器（bootpack用）

		DW		0
GDTR0:
		DW		8*3-1
		DD		GDT0

		ALIGNB	16
bootpack:


9.开始导入C语言

bootpack.c

/* 告诉C编译器，有一个函数在别的文件里 */

void io_hlt(void);

/* 是函数声明却不用{}，而用;，这表示的意思是：
	函数在别的文件中，你自己找一下 */

void HariMain(void)
{

fin:
	io_hlt(); /* 执行naskfunc.nas中的_io_hlt函数 */
	goto fin;

}

这里goto最终将会被编译成JMP指令
函数io_hlt()在naskfunc.nas中

; naskfunc
; TAB=4

[FORMAT "WCOFF"]				; 制作目标文件的模式	
[BITS 32]						; 制作32位模式用的机器语言


; 制作目标文件的信息

[FILE "naskfunc.nas"]			; 源文件名信息

		GLOBAL	_io_hlt			; 程序中包含的函数名


; 以下是实际的函数

[SECTION .text]		; 目标文件中写了这些后再写程序

_io_hlt:	; void io_hlt(void);
		HLT
		RET


下面讲解汇编语言做目标文件的方法

10.实现HLT（harib00j）



RET:等价与return

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